Đối với phụ tải thay đổi, có một số ph−ơng án lựa chọn để thay đổi tải giả, điều chỉnh góc pha, bộ điều chỉnh tải nhị phân và bộ điều chế độ rộng xung.
a. Điều chỉnh góc pha.
Ph−ơng pháp này điều khiển tải giả nh− là chỉnh ánh sáng thông th−ờng: Bằng cách điều khiển góc pha. Tại thời điểm bất kỳ trong một nửa chu kỳ xung sin điện áp máy phát, sau khi nhận đ−ợc xung kích thích hợp tại cực cửa triac sẽ mở cho tới hết một nửa chu kỳ còn lại của chu kỳ đó. Thời điểm xuất hiện xung kích mở triac đ−ợc coi là một góc pha. Quy −ớc về góc pha nh− sau: Tại điểm bắt đầu của nửa chu kỳ, góc pha là 00 và điểm kết thúc cho một nửa chu kỳ thì góc pha là 180 (nh− vậy khi bắt đầu một nửa chu kỳ mới góc pha lại tiếp tục là 0 do vậy không tồn tại một góc pha trong khoảng 180 và 3600).
Thyristor hoặc triac đ−ợc điều khiển bằng một dòng kích rất ngắn ở cực cửa, chúng sẽ mở thông cho tới hết một nửa chu kỳ từ thời điểm đ−ợc mở trong một nửa chu kỳ đó. Nh− vậy, khi điện áp máy phát đi qua điểm 0, không có dòng kích tới cực cửa làm triac ng−ng dẫn. Triac có thể dẫn điện trong cả hai nửa chu kỳ dòng điện nên nó có thể hoạt động trong cả nửa chu kỳ âm và nửa chu kỳ d−ơng của điện áp máy phát. Còn thyristor chỉ có thể dẫn điện một chiều nên nó chỉ có thể mở trong một nửa chu kỳ của dòng điện nên phải dùng hai thyristor để điều khiển một tải giả.
Hình 26. Tín hiệu trong ph−ơng thức điều khiển góc pha
Ưu điểm chính của việc điều khiển góc pha là có thể chọn đ−ợc loại thyristor và triac phù hợp. Cả hai loại này có tuổi thọ và độ bền rất cao. Có nhiều loại thyristor có khả năng chịu đ−ợc hàng ngàn Ampe tại mức điện áp tới cấp kV và tần số cực cao.
Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp này là công suất hao phí trên tải giả phải lớn hơn công suất định mức của máy phát một chút và nh− vậy nhiễu sẽ là đáng kể. Điều đó cũng đồng nghĩa với việc khi điều khiển góc pha thì máy phát sẽ phải hoạt động trong tình trạng quá tải.
b. Điều chế độ rộng xung.
Một cách khác để điều khiển tải là điều chế độ rộng xung hay còn gọi là ph−ơng pháp đánh dấu khoảng cách. Ph−ơng pháp này bắt nguồn từ vịêc điều khiển
-1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 0 30 6 0 9 0 120 150 0 30 6 0 9 0 120 150 180 Góc pha : độ
Các điện áp nh− là phân số của điện áp V
điện áp máy phát =Tải tiêu thụ điện áp tải giả
nguồn dòng ổn định. Đóng ngắt nhanh điện áp thứ nhất để nhận đ−ợc điện áp thứ hai. Từ đó thấy rằng điện áp thứ hai có thể đ−ợc điều khiển bằng việc điều chỉnh chu kỳ thực của dòng điện sử dụng: Hệ số thời gian để đóng một tải th−ờng đ−ợc thực hiện bằng cách thay đổi độ rộng của mỗi xung trong khi đó khoảng thời gian giữa các xung là hằng số.
Hình 27. Sơ đồ điều khiển độ rộng xung cho mạch một pha
Đối với hệ thống này, nếu dùng trong các trạm phát công suất lớn yêu cầu thành phần công suất phải là thyristor. Khi có dòng kích đủ lớn, thyristor sẽ mở và tự động ng−ng dẫn tại điểm cuối của một nửa chu kỳ. Chính vì vậy cần phải có một mạch điều khiển thyristor đó. Trong các hệ thống siêu nhỏ thì đây là một vấn đề khá phức tạp và cần phải sử dụng các loại transistor công suất hiện đại nh− là IGBT hay là các họ MOSFET. Các thành phần công suất này có thể đ−ợc điều khiển trực tiếp bởi một IC: Chúng chỉ dẫn điện khi mà điện áp ở cực cửa hoặc ở điểm nối cơ bản là ở mức cao.
Ưu điểm chính của việc điều chế độ rộng xung là yêu cầu một mạch điện đơn giản để điều khiển một transistor công suất.
Nh−ợc điểm là với mạch điện nh− vậy nó sẽ đẩy giá thành của bộ điều khiển lên rất cao, độ tin cậy không đảm bảo, hơn nữa độ nhạy của các transistor lớn. Ngoài ra độ tiêu tán trong bộ điều khiển sẽ tăng lên tr−ớc khi điện áp máy phát đ−ợc đ−a vào bộ chỉnh l−u để tạo nguồn nuôi cho các transistor công suất. Và nh− vậy bộ tản nhiệt cho thyristor của bộ điều khiển còn lớn hơn cả bộ điều khiển đó.
c. Tải nhị phân.
Biện pháp thứ ba là sử dụng một bộ tải nhị phân. Đó là một số các tải giả đấu song song nhau với dung l−ợng các tải nh− đ−ợc mô tả ở hình sau. Theo hình vẽ, nếu nh− có n tải giả thì tổng công suất lớn nhất của tải giả là 2n. Việc đóng bao nhiêu chiếc sẽ quyết định công suất d− thừa từ máy phát ra tải giả và với mỗi số l−ợng tải khác nhau đ−ợc đóng sẽ có l−ợng công suất khác nhau t−ơng ứng với nó.
Để đóng ngắt các tải giả này cần phải có một dẫy rơle mắc song song nhau (rơle Solid state). Các rơle này sẽ gây ra nhiễu khi đ−ợc phát động cùng một lúc ngay tại điểm bắt đầu của một nửa chu kỳ, hoặc duy trì ngắt hoàn toàn. T−ơng tự nh− thyistor và triac, nó cũng cần có một mạch điều khiển riêng cho mình.
Nh−ợc điểm của biện pháp này là:
- Giá thành của loại rơle này đắt hơn nhiều so với giá thành của triac ở bên trong chúng vì mỗi một rơle cần một mạch điều khiển riêng của mình.
- Số l−ợng của tải giả và việc đấu nối phức tạp, hơn nữa muốn điều khiển mịn thì điện trở của các tải giả này phải tuyệt đối chính xác.
- Nếu muốn điều chỉnh mịn thì các tải giả phải có điện trở không quá lớn để không tạo thành các khoảng quá rộng giữa các tải trong cả bộ tải nhị phân. Ưu điểm chính các ph−ơng pháp này là không bị biến dạng sóng điện áp nếu tải gỉa là loại thuần trở.
Nh−ợc điểm chính là tính phức tạp do yêu cầu về phía tải giả, dây nối của
thiết bị đóng cắt. Tải giả phải có một trị số điện trở chính xác, điều này khó có thể đạt đ−ợc với thiết bị đốt nóng, đặc biệt là đối với công suất nhỏ. Hơn nữa vì tải giả
1R 1 2R 2 4R 3 Id
thể đ−ợc điều khiển trong một giới hạn nhất định. Để vận hành ổn định theo các điều kiện cho phép, thì phải tăng giới hạn này. Đó chính là nguyên nhân điện áp điều chỉnh kém.